cara menyetarakan reaksi kimia

Home » Reduksi dan Oksidasi » Cara Menyetarakan Reaksi Redoks, Reduksi dan Oksidasi, Persamaan, Contoh Soal, Kimia

Cara Menyetarakan Reaksi Redoks, Reduksi dan Oksidasi, Persamaan, Contoh Soal, Kimia

Cara Menyetarakan Reaksi Redoks, Reduksi dan Oksidasi, Persamaan, Contoh Soal, Kimia - Persamaan reaksi yang melibatkan redoks biasanya sukar untuk disetarakan dengan cara biasa sebagaimana Anda pelajari di Kelas X, tetapi memerlukan metode khusus. Ada dua metode untuk menyetarakan reaksi redoks, yaitu metode perubahan biloks (PBO) dan metode setengah reaksi. Metode PBO melibatkan perubahan biloks, sedangkan metode setengah reaksi melibatkan pelepasan dan penerimaan elektron.

1. Metode Perubahan Biloks / Bilangan Oksidasi PBO

Metode ini didasarkan pada kekekalan muatan, yakni kenaikan biloks atom teroksidasi harus sama dengan penurunan biloks atom tereduksi.

Perhatikanlah persamaan reaksi berikut.

HNO3 + Cu2O → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Atom yang mengalami perubahan biloks dapat ditentukan melalui pemeriksaan setiap atom. Dari hasil ini diketahui bahwa atom N dan Cu mengalami perubahan biloks.

+5 +1 +2 +2

HNO3 + Cu2O → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Berdasarkan prinsip kekekalan muatan, setiap atom yang mengalami perubahan biloks harus disetarakan dengan cara mengubah koefisien reaksinya. Atom yang tidak mengalami

perubahan biloks tidak perlu disetarakan pada tahap penyetaraan biloks, tetapi disetarakan pada tahap akhir untuk memenuhi Hukum Kekekalan Massa.

Gambar 1. Serbuk seng dimasukkan ke dalam larutan HCl akan terjadi reaksi redoks yang spontan. Zn + 2H+→ Zn2+ _{+ H}

2

Pada persamaan reaksi tersebut, biloks atom N berubah dari +5 menjadi +2 (terjadi penurunan biloks sebesar 3 satuan). Pada atom Cu, terjadi perubahan biloks dari +1 menjadi +2 (terjadi kenaikan biloks). Oleh karena ada dua atom Cu, kenaikan total biloks Cu adalah 2 satuan. Perubahan biloks atom-atom pada reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk diagram berikut.

Oleh karena kenaikan biloks Cu harus sama dengan penurunan biloks N maka atom Cu harus dikalikan dengan faktor 3. Atom N dikalikan dengan faktor 2 sehingga diperoleh:

Persamaan reaksi menjadi :

Walaupun atom N yang mengalami perubahan biloks telah disetarakan, tetapi ada atom N lain yang muncul sebagai ion NO3– dalam senyawa Cu(NO3)2. Untuk memenuhi kekekalan massa,

kekurangan 12 ion NO3– disetarakan dengan menambahkan 12 molekul HNO3 pada ruas kiri

sehingga persamaan menjadi:

14HNO3 + 3Cu2O → 6Cu(NO3)2 + 2NO + H2O

Atom N dan Cu sudah setara, tetapi molekul H2O belum setara.

Untuk menyetarakannya, samakan atom H atau O pada kedua ruas dengan mengubah koefisien H2O.

Persamaan reaksi menjadi:

14HNO3(aq) + 3Cu2O(s) → 6Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 7H2O(l)

Dengan demikian, reaksi-reaksi kimia yang melibatkan reaksi redoks dapat disetarakan.

Gambar 2. Amonium dikromat mengalami reaksi auto-redoks (disproporsionasi). (NH4)2Cr2O7→

N2 + 4H2O + Cr2O3.

Tahap-tahap untuk menyetarakan persamaan reaksi dengan cara PBO adalah sebagai berikut.

1. Tentukan biloks semua atom untuk mengetahui atom-atom mana yang mengalami perubahan biloks.

2. Pasangkan oksidator dan produknya, reduktor dan produknya menggunakan diagram seperti pada contoh.

3. Tambahkan koefisien pada pasangan tersebut jika terjadi perbedaan jumlah atom (seperti pada atom Cu).

4. Tentukan perubahan biloks, baik reduktor maupun oksidator. Nilai perubahan ini merupakan faktor penyetara, yang dikalikan dengan koefesien reaksinya.

5. Setarakan atom-atom lain yang tidak mengalami reduksi dan oksidasi untuk memenuhi Hukum Kekekalan Massa.

6. Periksalah apakah persamaan sudah setara, baik massa maupun muatannya.

Contoh Soal Penyetaraan Reaksi Redoks dengan Metode PBO (1) :

Logam seng bereaksi dengan asam nitrat menurut reaksi berikut.

Zn(s) + 2HNO3(aq) → Zn(NO3)2(aq) + H2(g)

Setarakan persamaan tersebut dengan metode PBO.

Jawaban :

Tahap 1

Menentukan atom yang mengalami perubahan biloks. Pada reaksi ini atom Zn dan N.

Tahap 2–3

Menentukan pasangan oksidator dan reduktor serta menyetarakan jumlah atomnya.

Menentukan nilai perubahan biloks dan menyetarakannya.

Hasil penyetaraan muatan adalah :

4Zn + HNO3→ 4Zn(NO3)2 + NH4NO3

Tahap 5

Setarakan atom-atom yang lain dengan cara memeriksa jumlah atom-atomnya. Atom N: ada 10 atom N di ruas kanan, tambahkan 9 HNO3 di ruas kiri agar atom N sama dengan ruas kanan.

4Zn + 10HNO3→ 4Zn(NO3)2 + NH4NO3

Atom O: ada 30 atom O di ruas kiri dan 27 atom O di ruas kanan, tambahkan 3 H2O di ruas

kanan sehingga jumlah atom O sama.

4Zn + 10HNO3→ 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Atom H juga harus disetarakan dengan cara memeriksanya di kedua ruas. Persamaan reaksi yang sudah setara dan lengkap dengan fasanya adalah sebagai berikut.

4Zn(s) + 10HNO3(aq) → 4Zn(NO3)2 (aq) + NH4NO3(aq) + 3H2O(l)

Tahap 6

Periksalah apakah persamaan di atas sudah memenuhi kekekalan massa dan muatan.

Contoh Soal SPMB IPA 2006 (2) :

Jika KMnO4 bereaksi dengan H2C2O4 dalam suasana asam, sebagian hasilnya

A. 1 elektron B. 2 elektron C. 3 elektron D. 5 elektron E. 7 elektron

Pembahasan :

Ada dua cara penyelesaian, yaitu:

a. Metode setengah reaksi :

8H+ _{+ MnO}

4– + 5e–→ Mn2+ + 4H2O (suasana asam)

elektron yang terlibat = 5e–

b. Metode bilangan oksidasi (biloks):

Jadi, dalam reaksi ini 1 mol KMnO4 menerima 5 elektron. (D)

2. Metode Setengah Reaksi

Penyetaraan persamaan redoks dengan metode setengah reaksi didasarkan pada transfer elektron. Untuk mengetahui jumlah elektron yang ditransfer dilakukan pemisahan persamaan ke dalam dua setengah reaksi. Masing-masing setengah reaksi disetarakan, kemudian

digabungkan kembali untuk memperoleh persamaan reaksi redoks yang setara, baik muatan maupun massanya.

Tinjau reaksi ion MnO4– dan Fe2+ dalam suasana asam dengan persamaan kerangka sebagai

berikut.

MnO4– + Fe2+→ Mn2+ + Fe3+

Tahap-tahap penyetaraan dengan metode ini adalah sebagai berikut.

1. Memisahkan persamaan kerangka ke dalam dua setengah reaksi. Setengah reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi.

MnO4–→ Mn2+ (reaksi reduksi)

Fe2+→ Fe3+ _{(reaksi oksidasi)}

2. Menyetarakan jumlah atom-atomnya sesuai Hukum Kekekalan Massa.

3. Menyetarakan muatan listrik (kekekalan muatan) dengan cara menambahkan elektron pada ruas kiri (untuk reaksi reduksi) dan ruas kanan (untuk reaksi oksidasi).

4. Menggabungkan kedua setengah reaksi untuk menyetarakan persamaan reaksi, baik muatan maupun massanya.

Gambar 3. KMnO4 dalam suasana asam 5C2O42– + 2MnO4– + 16H+→10CO2 + 2Mn2+ + 8H2O.

Pada setengah reaksi reduksi, atom Mn disetarakan dengan cara menyamakan koefisien pereaksi dan produknya. Penyetaraan atom O dilakukan dengan menambahkan H2O pada ruas

kanan.

MnO4–→ Mn2+ + 4H2O

Kelebihan atom H di ruas kanan disetarakan dengan menambahkan asam (ion H+ _{pada ruas}

kiri (ingat suasana asam).

MnO4– + 8H+→ Mn2+ + 4H2O

Muatan listrik di ruas kiri ada +7 dan di ruas kanan ada +2. Untuk menyetarakannya, tambahkan lima elektron pada ruas kiri.

MnO4– + 8H+ + 5e–→ Mn2+ + 4H2O (setengah reaksi reduksi)

Periksalah apakah persamaan sudah setara muatan dan massanya.

c. Penyetaraan Setengah Reaksi Oksidasi

Setengah-reaksi oksidasi untuk besi sudah setara ditinjau dari jumlah atom, tetapi muatannya belum setara. Jadi, tambahkan satu elektron pada ruas kanan persamaan.

Fe2+→Fe3+ _{+ e}– _{(setengah reaksi oksidasi)}

Tahap akhir adalah menggabungkan kedua setengah reaksi untuk menghilangkan elektron dalam kedua setengah reaksi sebab elektron tidak muncul dalam persamaan reaksi netral. Penghilangan elektron dapat dilakukan dengan perkalian silang jumlah elektronnya.

MnO4– + 8H+ + 5e–→ Mn2+ + 4H2O (x1)

Fe2+→ Fe3+ _{+ e}– _(x5)

Persamaan akhir menjadi:

Periksalah apakah muatan dan massanya sudah setara.

Contoh Soal Penyetaraan Persamaan Redoks dalam Suasana Asam dengan Metode Setengah Reaksi (2) :

Setarakan reaksi redoks berikut menggunakan metode setengah reaksi yang diasumsikan terjadi dalam suasana asam.

CH3OH + Cr2O72–→ CH2O + Cr3+

Pembahasan :

Tahap 1

CH4O → CH2O (reaksi oksidasi)

Cr2O72–→ Cr3+ (reaksi reduksi)

Tahap 2

CH4O → CH2O + 2H+

Cr2O72– + 14H+→ 2Cr3+ + 7H2O

Tahap 3

CH4O → CH2O + 2H+ + 2e–

Cr2O72– + 14H+ + 6e–→2Cr3+ + 7H2O

Tahap 4

CH4O → CH2O + 2H+ + 2e– (x3)

Cr2O72– + 14H+ + 6e–→ 2Cr3+ + 7H2O (x1)

3CH4O + Cr2O72– + 8H+→ 3CH2O + 2Cr3+ + 7H2O

Pemeriksaan muatan dan massa :

Evaluasi Ruas Kiri Ruas Kanan

Atom C 3 3

Atom H 20 20

Atom O 10 10

Atom Cr 2 2

Dengan demikian, kekekalan muatan dan massa terpenuhi.

d. Reaksi Redoks dalam Suasana Basa atau Netral

Penyetaraan reaksi di atas terjadi dalam suasana asam. Cirinya adalah penambahan

ion H+ _{ketika penyetaraan. Bagaimana menyetarakan reaksi redoks dalam suasana basa atau}

netral?

Penyetaraan setengah-reaksi dalam suasana basa atau netral dilakukan dengan

menambahkan basa (ion OH–), untuk menyetarakan atom O atau H. Tinjaulah reaksi berikut yang dilakukan dalam suasana basa.

MnO4– + SO32–→ MnO2 + SO42–

Caranya sama seperti dalam suasana asam. Akan tetapi, setelah reaksi digabungkan, untuk menyetarakan atom O dan H ditambahkan OH– pada kedua ruas persamaan.

Contoh Soal Penyetaraan Reaksi Redoks dalam Suasana Basa dengan Metode Setengah Reaksi (3) :

Setarakan reaksi berikut menggunakan metode setengah reaksi dalam suasana basa.

Persamaan kerangkanya:

MnO4– + SO32–→ MnO2 + SO42–

Penyelesaian :

MnO4–→ MnO2 (reaksi reduksi)

SO32–→ SO42– (reaksi oksidasi)

Tahap 2

MnO4– + 4H+→ MnO2 + 2H2O

SO32– + H2O → SO42– + 2H+

Tahap 3

MnO4– + 4H+ + 3e–→ MnO2 + 2H2O

SO32– + H2O → SO42– + 2H+ + 2e–

Tahap 4

MnO4– + 4H+ + 3e–→ MnO2 + 2H2O (x2)

SO32– + H2O → SO42– + 2H+ + 2e– (x3)

2MnO4– + 2H+ + 3SO32–→ 2MnO2 + H2O + 3SO42–

Pada persamaan di atas terdapat 2H+_{. Untuk menetralkannya tambahkan 2OH}– _{pada kedua}

ruas persamaan. Persamaan menjadi:

2MnO4– + (2H+ + 2OH–) + 3SO32–→ 2MnO2 + H2O + 3SO42– + 2OH–

Penambahan OH– akan menetralkan H+ _{menjadi H}

2O. Oleh karena di ruas kanan

ada H2O maka terjadi penghilangan H2O pada salah satu ruas sehingga persamaan menjadi:

2MnO4– + H2O + 3SO32–→ 2MnO2 + 3SO42– + 2OH–

Periksalah apakah muatan dan massanya sudah setara sesuai kaidah kekekalan.

Evaluasi Ruas Kiri Ruas Kanan

Muatan 8 8

Atom Mn 2 2

Atom S 3 3

Atom O 18 18

3. Reaksi Redoks dan Kehidupan

Olah raga, bekerja, dan belajar merupakan kegiatan rutin yang Anda lakukan. Tahukah Anda bagaimana tubuh kita dapat melakukan semua aktivitas tersebut? Berasal dari manakah energi yang kita gunakan? Ketika makanan diuraikan di dalam sel tubuh, terjadi pemindahan elektron yang berasal dari glukosa dan molekul makanan lainnya. Di dalam mitokondria, elektron yang berpindah tersebut akan melalui suatu rangkaian reaksi yang dinamakan rantai transpor elektron. Proses aliran elektron tersebut dinamakan respirasi.

Di akhir rangkaian tersebut, oksigen mengoksidasi elemen terakhir rantai transpor elektron sehingga terbentuk air. Ketika rantai transpor elektron berlangsung, terjadi pelepasan energi yang digunakan untuk mensintesis molekul bernama ATP (Adenosin Trifosfat), yaitu molekul pembawa energi di dalam makhluk hidup.

Tinjau reaksi ion MnO4– dan Fe2+ _{dalam suasana asam dengan persamaan kerangka sebagai} berikut.

MnO4– + Fe2+→ Mn2+ _{+ Fe}3+

Tahap-tahap penyetaraan dengan metode ini adalah sebagai berikut.

1. Memisahkan persamaan kerangka ke dalam dua setengah reaksi. Setengah reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi.

MnO4–→ Mn2+ _{(reaksi reduksi)} Fe2+→ Fe3+ _{(reaksi oksidasi)}

2. Menyetarakan jumlah atom-atomnya sesuai Hukum Kekekalan Massa.

3. Menyetarakan muatan listrik (kekekalan muatan) dengan cara menambahkan elektron pada ruas kiri (untuk reaksi reduksi) dan ruas kanan (untuk reaksi oksidasi).

4. Menggabungkan kedua setengah reaksi untuk menyetarakan persamaan reaksi, baik muatan maupun massanya.

Gambar 3. KMnO4 dalam suasana asam 5C2O42– + 2MnO4– + 16H+→10CO_{2 + 2Mn}2+ _{+ 8H2O.}

Pada setengah reaksi reduksi, atom Mn disetarakan dengan cara menyamakan koefisien pereaksi dan produknya. Penyetaraan atom O dilakukan dengan menambahkan H2O pada ruas kanan.

MnO4–→ Mn2+ _{+ 4H2O}

Kelebihan atom H di ruas kanan disetarakan dengan menambahkan asam (ion H+ _{pada ruas} kiri (ingat suasana asam).

MnO4– + 8H+→ Mn2+ _{+ 4H2O}

Muatan listrik di ruas kiri ada +7 dan di ruas kanan ada +2. Untuk menyetarakannya, tambahkan lima elektron pada ruas kiri.

MnO4– + 8H+ _{+ 5e}–→ Mn2+ _{+ 4H2O (setengah reaksi reduksi)}

Periksalah apakah persamaan sudah setara muatan dan massanya.

c. Penyetaraan Setengah Reaksi Oksidasi

Setengah-reaksi oksidasi untuk besi sudah setara ditinjau dari jumlah atom, tetapi muatannya belum setara. Jadi, tambahkan satu elektron pada ruas kanan persamaan.

Fe2+→Fe3+ _{+ e}– _{(setengah reaksi oksidasi)}

Tahap akhir adalah menggabungkan kedua setengah reaksi untuk menghilangkan elektron dalam kedua setengah reaksi sebab elektron tidak muncul dalam persamaan reaksi netral. Penghilangan elektron dapat dilakukan dengan perkalian silang jumlah elektronnya.

MnO4– + 8H+ _{+ 5e}–→ Mn2+ _{+ 4H2O (x1)}

Fe2+→ Fe3+ _{+ e}– _(x5)

Persamaan akhir menjadi:

Periksalah apakah muatan dan massanya sudah setara.

Contoh Soal Penyetaraan Persamaan Redoks dalam Suasana Asam dengan Metode Setengah Reaksi (2) :

Setarakan reaksi redoks berikut menggunakan metode setengah reaksi yang diasumsikan terjadi dalam suasana asam.

CH3OH + Cr2O72–→ CH_{2O + Cr}3+ Pembahasan :

Tahap 1

CH4O → CH2O (reaksi oksidasi) Cr2O72–→ Cr3+ _{(reaksi reduksi)} Tahap 2

CH4O → CH2O + 2H+

Cr2O72– _{+ 14H}+→ 2Cr3+ _{+ 7H2O} Tahap 3

CH4O → CH2O + 2H+ _{+ 2e}–

Cr2O72– _{+ 14H}+ _{+ 6e}–→2Cr3+ _{+ 7H2O} Tahap 4

CH4O → CH2O + 2H+ _{+ 2e}– _(x3) Cr2O72– _{+ 14H}+ _{+ 6e}–→ 2Cr3+ _{+ 7H}2_{O (x1)} 3CH4O + Cr2O72– _{+ 8H}+→ 3CH_{2O + 2Cr}3+ _{+ 7H}2_O

Pemeriksaan muatan dan massa :

Evaluasi Ruas Kiri Ruas Kanan

Atom C 3 3

Atom H 20 20

Atom O 10 10

Atom Cr 2 2

Dengan demikian, kekekalan muatan dan massa terpenuhi.

d. Reaksi Redoks dalam Suasana Basa atau Netral

Penyetaraan reaksi di atas terjadi dalam suasana asam. Cirinya adalah penambahan

ion H+ _{ketika penyetaraan. Bagaimana menyetarakan reaksi redoks dalam suasana basa atau} netral?

Penyetaraan setengah-reaksi dalam suasana basa atau netral dilakukan dengan

menambahkan basa (ion OH–), untuk menyetarakan atom O atau H. Tinjaulah reaksi berikut yang dilakukan dalam suasana basa.

MnO4– + SO32–→ MnO_{2 + SO4}2–

Caranya sama seperti dalam suasana asam. Akan tetapi, setelah reaksi digabungkan, untuk menyetarakan atom O dan H ditambahkan OH– pada kedua ruas persamaan.

Contoh Soal Penyetaraan Reaksi Redoks dalam Suasana Basa dengan Metode Setengah Reaksi (3) :

Setarakan reaksi berikut menggunakan metode setengah reaksi dalam suasana basa.

Persamaan kerangkanya:

MnO4– + SO32–→ MnO_{2 + SO4}2– Penyelesaian :

MnO4–→ MnO2 (reaksi reduksi) SO32–→ SO

42– (reaksi oksidasi)

Tahap 2

MnO4– + 4H+→ MnO_{2 + 2H2O} SO32– _{+ H2}O → SO

42– + 2H+

Tahap 3

MnO4– + 4H+ _{+ 3e}–→ MnO_{2 + 2H2O} SO32– _{+ H2}O → SO

42– + 2H+ + 2e–

Tahap 4

MnO4– + 4H+ _{+ 3e}–→ MnO_{2 + 2H2O (x2)} SO32– _{+ H2}O → SO

42– + 2H+ + 2e– (x3) 2MnO4– + 2H+ _{+ 3SO3}2–→ 2MnO_{2 + H2O + 3SO4}2–

Pada persamaan di atas terdapat 2H+_{. Untuk menetralkannya tambahkan 2OH}– _{pada kedua} ruas persamaan. Persamaan menjadi:

2MnO4– + (2H+ _{+ 2OH}–_{) + 3SO3}2–→ 2MnO_{2 + H2O + 3SO4}2– _{+ 2OH}–

Penambahan OH– akan menetralkan H+ _{menjadi H2O. Oleh karena di ruas kanan}

ada H2O maka terjadi penghilangan H2O pada salah satu ruas sehingga persamaan menjadi:

2MnO4– + H2O + 3SO32–→ 2MnO_{2 + 3SO4}2– _{+ 2OH}–

Periksalah apakah muatan dan massanya sudah setara sesuai kaidah kekekalan.

Evaluasi Ruas Kiri Ruas Kanan

Muatan 8 8

Atom Mn 2 2

Atom S 3 3

Atom O 18 18

3. Reaksi Redoks dan Kehidupan

Olah raga, bekerja, dan belajar merupakan kegiatan rutin yang Anda lakukan. Tahukah Anda bagaimana tubuh kita dapat melakukan semua aktivitas tersebut? Berasal dari manakah energi yang kita gunakan? Ketika makanan diuraikan di dalam sel tubuh, terjadi pemindahan elektron yang berasal dari glukosa dan molekul makanan lainnya. Di dalam mitokondria, elektron yang berpindah tersebut akan melalui suatu rangkaian reaksi yang dinamakan rantai transpor elektron. Proses aliran elektron tersebut dinamakan respirasi.

Di akhir rangkaian tersebut, oksigen mengoksidasi elemen terakhir rantai transpor elektron sehingga terbentuk air. Ketika rantai transpor elektron berlangsung, terjadi pelepasan energi yang digunakan untuk mensintesis molekul bernama ATP (Adenosin Trifosfat), yaitu molekul pembawa energi di dalam makhluk hidup.